金属铱的熔点为2443℃,是最耐腐蚀和抗氧化的金属。它能够经受所有无机酸、熔融金属或硅酸盐的侵蚀,同时也是唯一能够在1600℃以上的大气环境中保持良好机械性能的金属。凭着优良的物理性能(高熔点、抗氧化、耐腐蚀)和机械性能,铱在高温及其他极端环境中有着极为重要的应用。然而,具有面心立方晶体结构的铱的力学性能显得极为异常,总体表现为脆性(低温具有体心立方金属的性质,而高温才具有正常面心立方金属的性质)。例如,在室温时多晶铱的塑性很差,断裂模式为穿晶解理与沿晶脆性断裂的混合模式,且还存在着韧脆转变。这种异常力学性质使得铱及其合金制品的塑性加工变得极为困难。因而,铱的室温脆性实质上制约了铱(合金)的应用与发展。本论文针对金属铱的脆性,以第一性原理计算(采用CASTEP软件包)作为研究手段,对铱(Ir)元素脆性的致脆机理作了一系列的分析与探讨。计算分析了金属铱的基本性质(包括内聚能、平衡晶格常数、弹性性质、化学键结构以及溶质原子对键结构的影响)、广义堆垛层错能、位错的性质、微裂纹的形核与扩展。研究工作的总结如下为：1)纯金属铱具有很高的内聚能(约9.69eV/atom),因而铱原子间具有强大的键合力；化学键具有明显的方向性,故纯金属铱的化学键一种混合键型(或称其是一种过渡键型),即金属键与共价键的混合。强的化学键是金属铱具有高熔点和高弹性模量的原因。2)纯金属铱具有高的不稳堆垛层错能和本征堆垛层错能,因而铱的塑性变形机制以位错运动为主,而非机械孪晶。在<112>方向上因具有高的不稳堆垛层错能,Shockley分位错不易形核。即使Shockley分位错能够形核,因<112>方向上高的本征稳堆垛层错能使得扩展位错宽度很窄,Shockley分位错也易因运动受阻而束集成<110>全位错。故纯金属铱的塑性变形机制是全位错的运动。3)高的堆垛层错能与铱化学键的方向性存在着关联。溶质原子能够改变其附近铱原子的电荷分布(即改善化学键的各向异性),进而影响堆垛层错能的大小。在所选择的溶质原子(C,Th,Al, Re,Zr,Nb)中,C(Th)能显著提高(降低)铱的堆垛层错能。高的堆垛层错能会增加位错运动的阻力,不利于晶体材料的塑性变形；低的堆垛层错能会降低位错运动的阻力,有利于分位错形核,甚至变形孪晶也可以参与塑性变形。因此,碳原子会恶化铱的塑性,而钍原子有利于铱的塑性变形。这与实验所观察到的现象是一致的。4)在Peierls-Nabarro模型框架下,利用广义垛能层错能表面(Y面)对层错矢量求导得到的滑移面(亦即层错面)上的层间恢复力,取代经典Peierls-Nabarro模型对层间恢复力的正弦近似,得到了较为精准的Peierls-Nabarro方程。然后将经典正弦近似下得到的解看作是修正后的Peierls-Nabarro方程的一个特解,外推得到Peierls-Nabarro方程含待定系数的通解。最后,将通解代入修正后的Peierls-Nabarro方程求得待定系数,于是得到了错排分布函数fb(x)的函数表达式。利用错排分布函数fb(x)计算得到铱<110>全位错运动的晶格阻力(即派纳力),结果表明铱中全位错的派纳力很高(远高于铝)。因此,可以认为铱中位错的运动能力很差,宏观表现为塑性变形难以进行。5)金属铱的脆性满足晶体材料韧脆的经验判据,如G/B。究其深层次的原因,对于高纯铱而言,微裂纹的形核可能是通过位错反应机制实现的；微裂纹呈脆性扩展的原因是裂纹尖端位错形核较为困难,而倾向于形成新的表面。